有机肥与化肥配施对土壤微生物及烟叶品质的影响

潘义宏,顾毓敏,夏贤仁,卢晓华,王瑞宝，刘有才，杨 森,敖金成

(1.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司,云南 昆明 650106；2.西南林业大学 化学工程学院,云南 昆明 650224；3.上海烟草集团有限责任公司，上海 200082；4.云南省烟草公司 曲靖市公司,云南 曲靖 655000)

土壤作为烤烟正常生长的基础,其理化性质的优劣会直接或间接影响烟叶的品质[1]。适宜的土壤理化性质是生产出优质烟叶的基础[2]。而土壤微生物是土壤的重要组成部分和最活跃的部分,在平衡作物营养供应和利用的过程中发挥着重要作用[3-4]。研究摸清植烟土壤中微生物的数量变化,能在一定程度上判断土壤的健康状况[5]。长期以来,化学肥料在烤烟生产中被大量施用,其在提高烟叶单产的同时使植烟土壤环境的平衡遭到严重破坏,最终降低了烟叶的品质,生产出的烟叶不能满足卷烟工业企业对烟叶原料的需求,严重制约了烟叶的可持续发展[6]。云南宣威烟叶产区每年为国内各大卷烟工业企业提供3万多t烟叶,为稳定主要卷烟品牌做出了突出的贡献。通过试验研究筛选出适合烟区烤烟生长的适宜施肥技术措施对改善宣威烟区烤烟生产技术、烟叶品质以及提高烟农收入具有重要意义。相关研究表明,一定比例的有机肥和无机肥混合施用能促进烤烟在田间的生长,并能平衡烟叶营养,改善烟叶品质[7-11]。目前未见有关不同有机肥种类以及不同施用配比对烤烟品种云烟105烟叶品质、土壤综合肥力指数以及土壤微生物数量等影响的研究报道。研究发现,含甲壳素的氨基酸有机肥和菜籽饼有机肥在种类繁多的有机肥中表现较优[12-14]。为此,笔者有针对性地选择这两种有机肥,以宣威烟区主栽的云烟105为研究对象,研究并筛选出适宜的有机肥种类以及最佳有机无机肥配比,以期为改善植烟土壤环境以及在烟区大面积推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年4～10月在宣威市热水镇开展,试验用烤烟品种为云烟105,采用膜下小苗方式移栽,种植密度为13500株/hm2,试验地烟叶栽培与调制按照曲靖市优质烟叶生产规范进行。移栽前供试土壤综合肥力指数值IFI为0.49。试验使用的两种有机肥分别为甲壳素氨基酸有机肥(虾肽氨基酸>5%,有机质>40%,微量元素含量>35%,甲壳素>0.5%)以及腐熟菜籽饼氨基酸有机肥(有机质>80%,总养分≥8%)；使用的无机肥为复合肥,营养配比为N∶P2O5∶K2O=14∶10∶24。

在烤烟移栽时,各处理所用的有机肥与无机肥一道穴施。供试烟株的基肥按照75.0 kg/hm2纯氮施用,追肥按照15.0 kg/hm2纯氮施用硝酸铵,并在追肥时按照75.0 kg/hm2的量施用硫酸钾。各处理无机肥和有机肥的施用比例按照肥料中纯氮含量计算,K2O和P2O5的含量以对照施用无机肥的量为依据,各处理不足部分分别使用普钙和硫酸钾进行补充,确保所有处理和对照施用肥料中的K2O、纯氮和P2O5含量保持一致。

1.2 试验设计

试验设置1个对照和7个处理,每个处理设3次重复,田间小区随机区组排列。试验处理设置详见表1。

表1 试验处理设置

1.3 取样与分析

于烤烟成熟采收后采集各处理土壤样品,对长方形土块采取“之”字形，对较为方正的地块采用对角线或棋盘形采集耕层20 cm深的土样,在同一小区取样8～10个点,将土样混匀后采用四分法保留1 kg左右用于测试。待样品风干后,测定全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾及有机质含量,并测定pH值。随机选取供试烟株根际(距离烟株10 cm左右)0～20 cm土层进行取样,每个小区3次重复；土样采集后过40目筛,用无菌塑料袋密封,在4 ℃冰箱保存。土壤细菌、真菌、放线菌的数量测定采用平板培养计数法[15]。在烟叶烘烤后,选取C3F和B2F烟叶样品各3.0 kg用于烟叶综合品质指标的检测。

依据蔡宪杰等[16]的方法对烟叶外观质量进行评分;烟叶的各物理特性指标依据YC/T 152─2001、YC/T 142─201、GB/T 12914─2008、GB/T 451.3─2002以及YC/T 31─19960等标准进行检测;依据YC/T 162─2002、YC/T 173─2003、YC/T 159─2002、YC/T 161─2002和YC/T 160─2002等标准对烟叶的常规化学成分进行检测,并计算氮碱比、钾氯比和糖碱比;聘请7名烟叶评吸专家,依据YC/T 138─1998标准进行评吸,并出具评吸报告。分别于烤烟移栽后15、30、45、60 d调查各处理主要烟草病害的发生情况,调查方法参照烟草病虫害分级及调查方法GB/T 23222─2008,并计算平均值。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 14.0统计软件对试验数据进行统计分析；参照文献[17],计算出烟叶评吸质量、物理特性和外观质量的指数和得分；参照文献[18],计算出烟叶常规化学成分的指数和得分；按照《中国烟草种植区划》[17]的方法计算出烟叶的综合质量得分；参照文献[19]的研究结果,应用主成分分析法确定各项肥力指标的权重,再利用隶属度函数计算土壤肥力综合指标[20-21](Integrated Fertility Index, IFI),其计算公式如下:

上式中：Wi和Ni分别为第i种肥力指标的权重和相应的隶属度;p为指标个数。

此外，发病率的计算公式为：发病率=病株数/调查总株数×100%。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤烟生育期的影响

从表2可以看出,从移栽期到现蕾期,7个处理和对照烤烟的生育期一致,而从中心花开放期开始,不同处理烤烟的生育期有所差别。具体表现为:与对照相比,T3处理烤烟的生育期最短,较对照烤烟提前6 d成熟;其次是T4和T7,较对照提前5 d成熟;T6和T2分别比对照提前3 d和2 d成熟,T1和T5处理均较对照提前1 d成熟。

表2 不同试验处理对烤烟生育期的影响

2.2 不同处理烤烟主要病害的发生情况

由表3可以看出：T2～T7处理烤烟黑胫病的发病率显著低于CK和T1处理的(P<0.05);T2～T4和T6～T7处理烤烟根黑腐病的发病率显著低于CK、T1和T5处理的(P<0.05);T1～T7处理烤烟根结线虫病的发病率显著低于对照的(P<0.05);T3和T4处理烟草花叶病(TMV)的发病率显著低于其他处理的(P<0.05);而不同处理对烤烟气候斑点病和赤星病的发病率无显著影响。

表3各处理烤烟主要病害的发病率%

处理黑胫病根黑腐病根结线虫病TMV气候斑点病赤星病T13.41 a3.83 a1.11 b1.22 a3.81 a1.62 aT22.02 b2.72 b0.82 b1.14 a3.52 a1.33 aT31.73 b2.17 b0.45 b0.51 b3.64 a1.11 aT41.84 b2.12 b0.53 b0.63 b3.42 a1.25 aT52.45 b4.21 a2.46 b1.54 a4.33 a1.74 aT62.12 b2.46 b0.84 b1.32 a3.92 a1.45 aT71.90 b2.82 b0.73 b1.43 a4.26 a1.93 aCK4.82 a5.07 a3.56 a1.48 a4.18 a1.86 a

注:表中数据为烤烟团棵期、旺长期、成熟期的平均发病率。同列不同小写字母表示处理之间差异显著(P<0.05),否则表示差异不显著。

2.3 不同处理植烟土壤综合肥力评价

通过计算各处理土壤的综合肥力IFI值(详见表4)可知,除T5处理外,其余处理植烟土壤的综合肥力IFI值均高于对照,表明有机无机肥混施能提高植烟土壤的综合肥力。其中T3和T4处理土壤的IFI值为“较高”水平,较对照分别提高了22.6%和17.0%。而对照和其他处理的IFI值均为“中等”水平。

2.4 不同处理植烟土壤的微生物数量

图4为各处理烤烟在现蕾期的根际土壤微生物种类和数量,从中可以看出,各处理植烟土壤的微生物数量以细菌最多,其次是真菌,放线菌数量较少。与对照相比,T3和T4处理均能显著提高植烟土壤细菌和真菌的数量,而对放线菌的数量无显著影响。对于各处理土壤真菌数量来说,除T1和T2处理与对照无显著差异外,其他5个处理均显著高于对照(P<0.05)；其中,T3、T4和T7处理的土壤真菌数量较多,以T3处理最多。对于各处理土壤的细菌数量来说,7个处理均显著高于对照(P<0.05)；其中以T3、T5和T7处理的土壤细菌数量较多,均显著高于其他处理的(P<0.05)。对于各处理土壤的放线菌数量来说,只有T3、T5和T7处理显著高于对照的(P<0.05),其他处理与对照间无显著差异。

表4 各处理植烟土壤的综合肥力

注:土壤IFI值划分5个等级,即:低(IFI<0.2)、较低(0.2≤IFI<0.4)、中(0.4≤IFI<0.6)、较高(0.6≤IFI<0.8)和高(IFI≥0.8)[20-21]。

2.5 烤烟不同生育期微生物变化特征分析

2.5.1 真菌数量的变化特征 对于同一处理烤烟在不同生育期的土壤真菌数量来说,从烤烟移栽前到采收后,其均呈先增加后减少的变化趋势,且均在现蕾期达到峰值,显著高于其他生育期的数量(P<0.05)。其中T3、T4和T7处理在现蕾期的土壤真菌数量居前3位,分别比移栽前增加了28.2倍、20.6倍和14.0倍。对于不同处理烤烟在同一生育期的土壤真菌数量来说,T3、T4、T7和T6处理在旺长期和采收后的土壤真菌数量均显著高于同一时期其他处理和对照的(P<0.05);T1、T2和CK在现蕾期的土壤真菌数量显著低于其他5个处理的(P<0.05),其中T3处理的土壤真菌数量最高,显著高于其他处理和对照的(P<0.05)。总体上来看,T3、T4和T7处理的土壤真菌数量在烤烟生长的各时期均显著高于其他处理的(P<0.05),且以T3处理的土壤真菌数量最高(图2)。

图中小写字母相同表示对照和各处理间土壤微生物数量差异不显著；小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。

图1不同处理植烟土壤的微生物数量

图中不同大写(或小写)字母表示差异显著(P<0.05)，否则表示差异不显著；大写字母表示在同一生长期不同处理间的真菌数量差异,小写字母表示同一处理在不同生长期间的真菌数量差异。下图类同。

图2各处理烤烟在不同生育期土壤真菌数量的变化

2.5.2 细菌数量的变化特征 对于同一处理植烟土壤细菌数量在烤烟不同生长期的变化情况来说,从烤烟移栽前到采收后,土壤的细菌数量均呈先增加后减少的趋势,数量均在现蕾期达到峰值,显著高于其他时期的数量(P<0.05)；之后显著减少(P<0.05)。对于不同处理烤烟在同一生长期的细菌数量变化情况来说,在旺长期各处理以及对照的土壤细菌数量间无显著差异;现蕾期T3、T5和T7处理的土壤细菌数量显著高于其他处理以及对照的(P<0.05);采收后的土壤细菌数量以T3、T4和T7处理显著高于其他处理以及对照(P<0.05)(图3)。

图3 各处理烤烟在不同生育期土壤细菌数量的变化

2.5.3 放线菌数量的变化特征 对于同一处理植烟土壤放线菌数量在烤烟不同生长期的变化情况来说,从烤烟移栽前到采收后,土壤的放线菌数量均呈先增加后减少的趋势,数量均在现蕾期达到峰值,且显著高于其他生长期的数量(P<0.05)；之后显著减少(P<0.05)。对于不同处理烤烟在同一生长期的土壤放线菌数量变化情况来说,在旺长期CK和T1处理的放线菌数量显著低于其他6个处理的(P<0.05),该时期的土壤放线菌数量以T7处理的最高,显著高于其他处理的(P<0.05);在现蕾期T3、T5和T7处理的土壤放线菌数量显著高于其他处理以及对照的(P<0.05);采收后的土壤放线菌数量以T6和T7处理显著高于其他处理以及对照的(P<0.05),以T7处理的放线菌数量最高(图4)。

图4 各处理烤烟在不同生育期放线菌数量的变化特征

2.6 烟叶综合质量评价

从表5中可以看出,除T5处理的中部烟叶外,其余处理烟叶的综合质量得分均优于对照。其中,上部烟叶以T3和T2处理的综合质量得分较高,分别比CK提高了5.70%和4.46%;中部烟叶以T3和T1处理的综合质量得分较高,分别比对照提高了15.71%和10.27%。

表5 各处理烟叶的综合质量得分

3 讨论与结论

相关研究表明,有机无机肥以一定比例混施,能提高土壤肥力、结构,增加土壤微生物数量,促进烤烟生长发育,改善烟叶品质[22-23]。在本研究中，两种有机肥与化肥不同比例配施的7个处理植烟土壤的综合肥力、微生物数量以及烤后烟叶综合品质均比对照有不同程度的提高,与以上研究结果一致。本研究发现7个处理烤烟的全生育期比对照缩短了1～6 d,这与詹刚等[24]的研究一致。本研究不同处理均能在一定程度上降低烤烟黑胫病、根黑腐病、根结线虫病和烟叶花叶病的发病率,这与李姣等[25]、罗世琼等[26]的研究结果一致,可能与土壤中放线菌数量的提高有关。相关研究[27]表明,植物根际土壤微生物的数量、群落结构及其变化与植物病害发生有密切关系；尤其是土壤中的放线菌能产生抗生素,抑制有害病原微生物的生长繁殖,从而有效降低土传病害的发病率[28-29]。在本研究中，各处理植烟土壤微生物数量呈现的规律为:细菌>真菌>放线菌,这与其他研究[30-31]的结果结果一致。与对照相比,本试验各处理烤烟根际土壤各类微生物数量均有不同程度的增加,尤其以T3、T5、T7这3个处理的微生物数量较多；同类土壤微生物的数量在烤烟生长的不同时期均表现出先增加后降低的变化趋势,且均在烟叶现蕾期达到峰值；T3和T7处理烤烟在各生长时期的土壤微生物数量均显著高于其他处理和对照的(P<0.05),说明腐熟菜籽饼有机肥、甲壳素氨基酸有机肥与无机肥的施用比例均为3∶7时,对提高植烟土壤微生物数量的效果最佳。对各处理烟叶的综合品质和土壤综合肥力分析可知,T3处理最优,表明甲壳素氨基酸有机肥与无机肥的混合比例为3∶7时,植烟土壤的综合肥力以及烟叶的综合品质均能达到最佳。研究表明,甲壳素为天然氨基多糖高分子物质,能有效促进烤烟生根,并能显著提高烤烟的品质和抗性[32]。甲壳素随肥料进入土壤后能有效促进土壤中的有益菌(如:放线菌、乳酸菌、纤维分解菌和固氮菌等)的繁殖,改善土壤微环境,进而提高作物的产量和质量[33]。肥料中的甲壳素和枯草芽孢杆菌均还能显著促进土壤有益微生物的繁殖,提高植物对病原菌的抗性,缩短作物的生长周期,并能明显改善土壤的团粒结构,有效提高作物的品质[32-33]。而T7处理(氨基酸有机菜籽饼肥与无机肥的比例为3∶7)虽然能显著提高植烟土壤微生物数量,但烟叶的综合品质表现一般,这可能是由于过多地施用菜籽饼,会使土壤中硝化细菌数量在烤烟生长后期大量增加,从而不利于烟叶最佳品质的形成[34]。

综上所述,甲壳素氨基酸有机肥和无机肥以3∶7比例配施能调节植烟土壤微生态环境,提高土壤的综合肥力,显著增加微生物数量,并提高宣威烟区云烟105烟叶的综合品质。